通航飛行計劃申請受理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王曉亮，馬宇超，王 鵬，吳仁彪

（中國民航大學(xué) 天津市智能信號與圖像處理重點實驗室，天津300300）

0 引 言

為滿足我國低空開放的迫切需求，國內(nèi)多家高校、科研院所、企業(yè)也已開始開展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)的研制工作［1－9］。飛行計劃申請受理系統(tǒng)是通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)的核心組成之一。飛行計劃是用于計劃飛行時間、飛行路線等必須信息的書面文件或電子數(shù)據(jù)文件［10］。在美國，飛行員可以通過互聯(lián)網(wǎng)、電話、傳真、自助服務(wù)機、柜臺當面申請等多種方式提交飛行計劃，以獲得飛行服務(wù)站的服務(wù)［11］，而在我國，所有的通用航空飛行都需要提交飛行計劃，其中大部分飛行計劃仍需要審批，這就對通用航空飛行計劃的高效審批與管理提出了新的要求。

本文針對我國通用航空的特點，結(jié)合我國推進低空開放的相關(guān)政策，借鑒國外飛行服務(wù)站的飛行計劃服務(wù)方法，給出了通用航空飛行計劃申請受理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法，并給出了相應(yīng)的運行和測試結(jié)果。該系統(tǒng)能夠提供通用航空飛行計劃的多渠道受理、大容量存儲、計劃內(nèi)容審核、審批狀態(tài)記錄等飛行計劃受理服務(wù)所需的各項功能。該系統(tǒng)采用基于數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)管理法完成包含計劃受理、審核、存儲、報批等環(huán)節(jié)的完整計劃處理流程的各項操作，采用差異化的狀態(tài)循環(huán)圖分別處理審批和報備這兩類適用于不同類型空域的飛行計劃，使用專門的接口層滿足互聯(lián)網(wǎng)、短信、電話、傳真和柜臺等多種方式靈活受理和反饋的需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計方法

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

通用航空飛行服務(wù)系統(tǒng)是飛行服務(wù)站的核心組成部分，為通用航空飛行提供飛行前、飛行中和飛行后的各項服務(wù)，通常包含飛行計劃申請受理系統(tǒng)、飛行計劃評估系統(tǒng)、氣象服務(wù)系統(tǒng)、航行情報服務(wù)系統(tǒng)、飛行計劃處理系統(tǒng)、多源航跡融合系統(tǒng)、沖突檢測與告警系統(tǒng)、綜合顯示系統(tǒng)、搜救信息服務(wù)系統(tǒng)、記錄回放系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)組成

飛行計劃申請受理系統(tǒng)是提供飛行前服務(wù)的核心系統(tǒng)之一，承擔了通用航空飛行計劃的受理、審核、存儲、報批等多項功能。同時為飛行計劃評估系統(tǒng)和飛行計劃處理系統(tǒng)提供飛行計劃數(shù)據(jù)。

我國通用航空的飛行計劃具有一些獨特的特點。具體表現(xiàn)在：

（1）我國的低空空域劃分為管制空域、監(jiān)視空域和報告空域3種不同類型的空域，其中管制空域的飛行要求提前申請飛行計劃，獲得相關(guān)部門審批后才能飛行，而監(jiān)視空域和報告空域內(nèi)的飛行無需計劃獲得審批，只需報備就可飛行。這就需要計劃受理系統(tǒng)能夠同時處理3種不同類型空域的待審批和報備兩類不同的飛行計劃。

（2）運輸航空飛行通常都沿民航規(guī)定好的有限的航路飛行，但通用航空飛行更加靈活，通常不按運輸航空規(guī)定的航路點飛行，航路點多變，特別是目視飛行中的航路點往往是地標點，例如一座高樓、一個路口都可能是地標點，這就要求飛行計劃受理系統(tǒng)能夠處理自定義的航路點。

（3）目前我國通用航空飛行計劃的書寫格式也不像運輸航空那樣嚴格，有一定靈活性，這就要求飛行計劃受理系統(tǒng)能夠支持靈活的計劃信息輸入。

（4）通用航空飛行用戶多樣，從大的航空公司到個人都可能是飛行計劃的申請者，為方便用戶使用，就要求飛行計劃受理系統(tǒng)支持多種渠道的計劃申請。

針對上述我國通用航空的特點和飛行計劃受理的一般要求，設(shè)計通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)的功能包括：不同類型空域飛行計劃申請受理；多渠道飛行計劃申請受理；自由格式飛行計劃申請受理；申請飛行計劃管理；飛行計劃審批信息處理；飛行計劃查詢；自定義航路點管理；機組資質(zhì)審核；領(lǐng)航計劃報校核。

1.2 系統(tǒng)組成與設(shè)計

為高效可靠的實現(xiàn)上述各項功能需求，通用航空飛行計劃申請受理系統(tǒng)采用如圖2所示的4層體系架構(gòu)，系統(tǒng)總體框架自底而上依次由數(shù)據(jù)庫處理層、核心處理層、接口層與客戶端應(yīng)用層組成。

圖2 通用航空飛行計劃申請受理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)庫處理層：數(shù)據(jù)庫處理層用于飛行計劃的存儲及飛行計劃數(shù)據(jù)庫操作的實施，為系統(tǒng)的實現(xiàn)提供底層支持。飛行計劃受理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括飛行計劃數(shù)據(jù)庫、飛行員信息數(shù)據(jù)庫、機場航路數(shù)據(jù)庫等。

（2）核心處理層：核心處理層包含了通用航空飛行計劃申請受理系統(tǒng)完成各項功能的核心處理運算與操作，包括存儲過程模型、計劃報文解析、計劃狀態(tài)變更、匹配與檢索機制、計劃分類受理、錯誤告警等。

（3）接口層：接口層在核心處理層與客戶端應(yīng)用層之間建立了橋梁，將核心處理層輸出的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換為客戶端應(yīng)用層中計劃受理終端、網(wǎng)頁客戶端和短信收發(fā)終端所需的數(shù)據(jù)形式，也將客戶端應(yīng)用層中不同類型終端的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的形式輸入到核心處理層，使得核心處理層能夠?qū)Ｗ⒂跀?shù)據(jù)處理。接口層也是實現(xiàn)多渠道飛行計劃申請受理的關(guān)鍵所在。

（4）客戶端應(yīng)用層：客戶端應(yīng)用層包含3個組成部分，其中飛行計劃受理終端由飛行服務(wù)站工作人員操作以受理通過電話、傳真申請和柜臺當面申請的飛行計劃，網(wǎng)頁客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)受理飛行計劃，短信收發(fā)終端主要以短信的形式通知計劃申請者計劃受理和審批的結(jié)果。最終通過客戶端應(yīng)用層中不同形式的終端實現(xiàn)多渠道飛行計劃申請受理與反饋。

1.3 系統(tǒng)處理流程設(shè)計

為實現(xiàn)飛行計劃受理系統(tǒng)的各項功能，設(shè)計系統(tǒng)的處理流程如圖3所示。

圖3 飛行計劃申請受理系統(tǒng)處理

首先，通用航空用戶 （航空公司或飛行員）通過互聯(lián)網(wǎng)或電話、傳真、柜臺當面申請的形式提交飛行計劃申請，飛行計劃申請一般需至少提前一天提交。系統(tǒng)通過飛行計劃受理網(wǎng)頁客戶端受理互聯(lián)網(wǎng)提交的申請，通過飛行計劃受理終端受理其它形式提交的飛行計劃。

飛行計劃申請輸入系統(tǒng)的過程中要進行初步審核，審核計劃的格式是否有誤，內(nèi)容是否有明顯錯誤 （例如飛行時間是已過去的時間）。運輸航空的機組成員都經(jīng)過了長時間的飛行訓(xùn)練，而通用航空飛行人員呈現(xiàn)更加多樣化的特點，飛行經(jīng)驗和資質(zhì)相差較大，因此計劃受理系統(tǒng)還需對飛行員的資質(zhì)進行審核，審核飛行計劃中填報的機組人員是否有飛行資質(zhì)，是否有飛行計劃中填報的相應(yīng)機型的飛行資質(zhì)，是否有飛行計劃中填報的目視飛行或儀表飛行的飛行資質(zhì)。只有通過初步審核的飛行計劃才予以受理存入受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫。

此后，如果需要，通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)可以將提交的飛行計劃傳輸?shù)斤w行計劃評估系統(tǒng)進行評估，進一步詳細評估飛行計劃的可行性。

此后，飛行計劃受理系統(tǒng)對存儲的飛行計劃進行管理，具體包括飛行計劃的變更、取消、查詢、送審、批復(fù)管理等。系統(tǒng)支持通用航空用戶在飛行計劃審批前和審批后對飛行計劃進行修改和變更。每天在一個固定的時間，將當天待審批的飛行計劃匯總輸出，以傳真或電子文件的形式發(fā)送到相關(guān)審批部門，之后將審批結(jié)果進行記錄和反饋。

通用航空用戶飛行前需要至少提前2小時向飛行服務(wù)站提交領(lǐng)航計劃報，提交的領(lǐng)航計劃報通過自動轉(zhuǎn)報系統(tǒng)傳入通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)，受理系統(tǒng)將領(lǐng)航計劃報的內(nèi)容與受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫中的計劃相比較，如果受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫中有相應(yīng)計劃對應(yīng)，則將該領(lǐng)航計劃報轉(zhuǎn)發(fā)至通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)中的飛行計劃處理系統(tǒng)進行進一步的飛行中計劃處理，如果沒有對應(yīng)項則予以駁回，通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)只對提交了飛行計劃的飛行提供服務(wù)。

飛行結(jié)束后，飛行計劃受理系統(tǒng)接受飛行計劃處理系統(tǒng)發(fā)來的落地報，受理飛行計劃的管理到此結(jié)束。

1.4 受理飛行計劃管理方法設(shè)計

從上述系統(tǒng)處理流程可以看出，受理飛行計劃管理是該系統(tǒng)最核心和最復(fù)雜的處理。根據(jù)我國的通用航空相關(guān)政策，在低空空域飛行的通用航空飛行計劃分為待審批和報備兩種不同要求的飛行計劃，因此采用不同的處理流程處理這兩類不同要求的飛行計劃，具體處理流程如圖4所示。

為實現(xiàn)對受理飛行計劃的有效管理，我們采用基于狀態(tài)循環(huán)圖的受理飛行計劃管理方法，即將受理飛行計劃的整個生命周期分解為若干個不同的狀態(tài)，系統(tǒng)在受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫中記錄每條飛行計劃當前所處的狀態(tài)，不同的狀態(tài)在特定的條件下進行轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)通過對受理飛行計劃狀態(tài)的管理實現(xiàn)對受理飛行計劃的有效管理。

圖4 飛行計劃分類處理

為同時處理待審批和報備這兩類不同的飛行計劃，設(shè)計既相互聯(lián)系又有所區(qū)別的差異化的狀態(tài)循環(huán)圖分別管理待審批和報備這兩類不同的飛行計劃，對這兩類飛行計劃進行管理的狀態(tài)循環(huán)圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 審批流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移

圖6 報備流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移

2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

在上述設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，我們采用Visual Studio C＋＋2010開發(fā)了一套完整的通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用了SQL Server 2008R2。為了高效可靠的實現(xiàn)通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)的各項功能，具體系統(tǒng)實現(xiàn)過程中采用了如下方法。

（1）采用基于數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)管理實現(xiàn)受理飛行計劃管理，利用存儲過程實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)庫操作。

該系統(tǒng)中不同類型空域飛行計劃申請受理、申請飛行計劃管理、飛行計劃審批信息處理、飛行計劃查詢等功能的實現(xiàn)均依賴于基于數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)管理來實現(xiàn)，涉及大量數(shù)據(jù)庫操作。

常規(guī)數(shù)據(jù)庫操作方法足以應(yīng)對小數(shù)據(jù)量時的數(shù)據(jù)處理；但在數(shù)據(jù)量較大數(shù)據(jù)庫訪問頻繁時就會出現(xiàn)處理速度慢無法滿足應(yīng)用需求的情況。為了提高數(shù)據(jù)庫操作的處理效率，采用存儲過程的方法進行數(shù)據(jù)庫操作。常規(guī)數(shù)據(jù)庫操作方法中SQL語句的編譯次數(shù)以及應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的通信次數(shù)會隨著處理數(shù)據(jù)條數(shù)的增加而增加，從而大大增加處理時間；存儲過程在數(shù)據(jù)庫中表現(xiàn)為一組完成特定功能的SQL程序集合，只編譯一次，經(jīng)編譯后存儲于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中，克服了常規(guī)數(shù)據(jù)庫操作方法中在處理效率方面的不足。基于存儲過程的受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫操作在數(shù)據(jù)庫反復(fù)讀取數(shù)據(jù)時，在處理速度及CPU 占用率上較常規(guī)方法更具優(yōu)勢，能夠快速處理數(shù)據(jù)滿足系統(tǒng)的性能需求。

（2）使用接口層實現(xiàn)多渠道飛行計劃申請受理。

其中飛行計劃受理網(wǎng)頁客戶端采用了基于IIS和ASP的實現(xiàn)技術(shù)，短信收發(fā)終端采用了專門的短信收發(fā)硬件模塊。

（3）使用規(guī)范飛行計劃申請表與長備注相結(jié)合的方式實現(xiàn)自由格式飛行計劃申請受理。

參考國外通用航空飛行計劃的申請表格和我國通用航空飛行計劃申請的要求，設(shè)計了規(guī)范的飛行計劃申請表如圖7所示，同時在飛行計劃申請表中留出了可以填寫自由文字信息的備注項。對于自由格式的飛行計劃，能夠填入規(guī)范化表格的填入規(guī)范化表格，無法填入的都填入備注項進行受理。

圖7 通用航空飛行計劃申請表

（4）采用自定義航路點名稱與經(jīng)緯度對照表管理自定義航路點。

（5）通過與飛行員資質(zhì)表的比對實現(xiàn)飛行員資質(zhì)審核。

（6）通過領(lǐng)航計劃報報文解析和關(guān)鍵字段比對實現(xiàn)領(lǐng)航計劃報校核。

通用航空領(lǐng)航計劃報與運輸航空相同具有規(guī)范的形式，由使用連接符 “－”連接的文本字符串組成，為了獲得領(lǐng)航計劃報中的各項內(nèi)容，需要首先根據(jù)領(lǐng)航計劃報的規(guī)范格式進行報文解析，還要對報文校驗，對于因為傳輸錯誤造成的不符合規(guī)范的報文進行人工干預(yù)。領(lǐng)航計劃報解析后，提取出其中的關(guān)鍵字段飛機標識、起飛日期、起飛時間信息，與受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫中的飛行計劃進行比較，以確定領(lǐng)航計劃報在受理飛行計劃數(shù)據(jù)庫中是否存在，即是否已預(yù)先申請了飛行計劃。

3 系統(tǒng)運行與測試結(jié)果

按照上述設(shè)計與實現(xiàn)方法開發(fā)的通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)已進入示范驗證階段，整個通用航空綜合飛行服務(wù)系統(tǒng)的工作席位如圖8所示，其中最左側(cè)為通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)，其系統(tǒng)運行界面如圖9所示。

圖8 系統(tǒng)運行實物

圖9 通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)運行界面

采用日志記錄法對系統(tǒng)的處理速度進行測試，系統(tǒng)運行的硬件平臺為普通微型計算機 （雙核處理器，主頻3.0 GHz，內(nèi)存2G），測試飛行計劃條數(shù)為1000條，重復(fù)次數(shù)為20次，單條飛行計劃處理時間的測試結(jié)果見表1。

表1 系統(tǒng)單條飛行計劃處理速度／ms

由測試結(jié)果可以看出，單條飛行計劃的平均處理時間約為20ms，標準差很小，表明該系統(tǒng)處理快速，處理速度穩(wěn)定，不存在卡頓現(xiàn)象，能夠提供良好的用戶體驗。

4 結(jié)束語

針對我國低空開放對于通用航空運行保障技術(shù)的迫切需求，本文給出了通航運行保障的核心組成之一——通用航空飛行計劃受理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。利用該方法設(shè)計的系統(tǒng)可以滿足通航飛行計劃的受理、審核、存儲、報批等各項任務(wù)需求，同時針對我國通用航空的特點，有效解決了不同類型空域、多樣化申請渠道飛行計劃受理的問題，采用存儲過程等技術(shù)實現(xiàn)了飛行計劃快速處理，滿足了系統(tǒng)處理效率的要求。本文方法可以為我國通用航空運行保障提供有效的技術(shù)方案。

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